obwody z przekształtnikami

(1)

Ochrona przeciwporażeniowa przez samoczynne

wyłączanie zasilania – aktualne wymagania, sprawdzanie, obwody z przekształtnikami

Stanisław Czapp

(2)

1. Samoczynne wyłączanie zasilania – aktualne wymagania, zmiany wprowadzone przez normę PN-HD 60364-4-41:2017-09

2. Sprawdzanie skuteczności samoczynnego wyłączania zasilania według normy PN-HD 60364-6:2016-07

3. Samoczynne wyłączanie zasilania w obwodach z wybranymi przekształtnikami (układy napędowe, zasilacze UPS)

Plan wykładu

2

(3)

1. Ustawa Prawo budowlane z dnia 7 lipca 1994 r. (Dz.U. z 1994, Nr 89, poz. 414 z późn. zm.).

2. Obwieszczenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 17 lipca 2015 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z 2015, poz. 1422).

3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 14 listopada 2017 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z 2017, poz.

2285). Data wejścia w życie: 1 stycznia 2018.

4. PN-EN 61140:2016-07 (wersja angielska) Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym – Wspólne aspekty instalacji iurządzeń.

5. PN-HD 60364-1:2010/A11:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 1:

Wymagania podstawowe, ustalanie ogólnych charakterystyk, definicje.

6. PN-HD 60364-4-41:2017-09 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – Ochrona przed porażeniem elektrycznym.

7. PN-HD 60364-4-41:2017-09/A11:2017-11 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – Ochrona przed porażeniem elektrycznym.

8. PN-HD 60364-4-41:2009 (wersja polska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – Ochrona przed porażeniem elektrycznym.

9. PN-HD 60364-4-46:2017-01/A11:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 4-46: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – Odłączanie izolacyjne i łączenie.

10. PN-HD 60364-5-51:2011/A12:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 5-51:

Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego – Postanowienia ogólne.

11. PN-HD 60364-5-53:2016-02 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 5-53: Dobór montaż wyposażenia elektrycznego – Aparatura rozdzielcza i sterownicza.

Przepisy i normy, nowe arkusze normy PN-HD 60364

(4)

Przepisy i normy, nowe arkusze normy PN-HD 60364

13. PN-HD 60364-5-56:2010/A12:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 5-56: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego – Instalacje bezpieczeństwa.

14. PN-HD 60364-5-537:2017-01/A11:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 5-537: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego – Aparatura rozdzielcza i sterownicza – Odłączanie izolacyjne i łączenie.

15. PN-HD 60364-5-559:2012/A11:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 5-559: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego – Oprawy oświetleniowe i instalacje oświetleniowe.

16. PN-HD 60364-6:2016-07 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 6:

Sprawdzanie.

17. PN-HD 60364-6:2016-07/A11:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 6: Sprawdzanie.

18. PN-HD 60364-6:2016-07/A12:2017-11 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 6: Sprawdzanie.

19. PN-HD 60364-6:2008 (wersja polska) Instalacje elektryczne niskiegonapięcia. Część 6: Sprawdzanie.

20. PN-HD 60364-7-701:2010/A12:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 7-701: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Pomieszczenia wyposażone w wannę lub prysznic.

21. PN-HD 60364-7-704:2010/A11:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 7-704: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Instalacje na terenie budowy i rozbiórki.

22. PN-HD 60364-7-705:2007/A12:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 7-705: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Gospodarstwa rolnicze i ogrodnicze.

4

(5)

Przepisy i normy, nowe arkusze normy PN-HD 60364

23. PN-HD 60364-7-708:2017-11 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 7-708:

Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Kempingi dla przyczep, kempingi oraz podobne lokalizacje.

24. PN-HD 60364-7-709:2010/A11:2017-11 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 7-709: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Porty jachtowe oraz podobne lokalizacje.

25. PN-IEC 60364-7-713:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych– Część 7-713: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Meble.

26. PN-HD 60364-7-715:2012/A11:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 7-715: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Instalacje oświetleniowe o bardzo niskim napięciu.

27. PN-HD 60364-7-718:2013-12/A11:2017-11+A12:2017-11 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 7-718: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Obiekty komunalne i miejsca pracy.

28. PN-HD 60364-7-729:2010/A11:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 7-729: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Korytarze obsługi lub nadzoru.

29. PN-HD 60364-7-740:2009/A11:2017-10 (wersja angielska) Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych – Część 7-740: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Tymczasowe instalacje elektryczne obiektów, urządzeń rozrywkowych i straganów na terenie targów, wesołych miasteczek i cyrków.

30. PN-EN 61008-1:2013-05 (wersja angielska) Wyłączniki różnicowoprądowe bez wbudowanego zabezpieczenia nadprądowego do użytku domowego i podobnego (RCCB) – Część 1: Postanowienia

(6)

Samoczynne wyłączanie zasilania – aktualne wymagania, zmiany wprowadzone przez normę PN-HD 60364-4-41:2017-09

6

(7)

Samoczynne wyłączanie zasilania – aktualne wymagania

Zmiany w arkuszu PN-HD 60364-4-41:2017-09 dotyczą:

- połączeń wyrównawczych,

- definicji samoczynnego wyłączania zasilania,

- wymagań związanych z największym dopuszczalnym czasem wyłączania zasilania,

- wymagań dla przypadku, kiedy samoczynne wyłączanie zasilania nie następuje w czasie określonym przez normę,

- rozszerzenia ochrony uzupełniającej za pomocą wyłączników różnicowoprądowych wysokoczułych,

- wymagań dla układu IT,

- wymagań dla urządzeń klasy ochronności II

(8)

PN-EN 61140 Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym – Wspólne aspekty instalacji i urządzeń

Pkt 4. Podstawowa zasada ochrony przed porażeniem elektrycznym

Części czynne niebezpieczne nie powinny być dostępne, a części przewodzące dostępne nie powinny być niebezpieczne:

- w warunkach normalnych (w braku uszkodzenia), - w przypadku pojedynczego uszkodzenia.

Ochrona w warunkach normalnych (ang. normal conditions) jest zapewniona przez zastosowanie ochrony podstawowej (ochrony przed dotykiem bezpośrednim).

Zakłada się, że urządzenie jest użytkowane zgodnie z przeznaczeniem, a środki ochrony są sprawne.

Ochrona w przypadku pojedynczego uszkodzenia (ang. single-fault conditions) jest zapewniona przez zastosowanie ochrony przy uszkodzeniu (ochrony przy dotyku pośrednim, ochrony dodatkowej).

single-fault conditions – ochrona jest skuteczna, mimo wystąpienia jednego, dość prawdopodobnego uszkodzenia

Samoczynne wyłączanie zasilania – aktualne wymagania

8

(9)

PN-HD 60364-4-41:2009

Samoczynne wyłączanie zasilania – aktualne wymagania

(10)

Największy dopuszczalny czas wyłączania zasilania w sekundach wg PN-HD 60364-4-41:2017-09

Układ sieci

50 V < Uo  120 V 120 V < Uo  230 V 230 V< Uo  400 V Uo > 400 V

AC DC AC DC AC DC AC DC

TN 0,8 ¹) 0,4 1 (5) 0,2 0,4 0,1 0,1

TT 0,3 ¹) 0,2 0,4 0,07 0,2 0,04 0,1

1) Wyłączenie może być wymagane z innych powodów niż zagrożenie porażeniem.

Uo – napięcie instalacji względem ziemi

W nawiasie podano czas wymagany przez normę PN-HD 60364-4-41:2009

Zmiany wprowadzone przez normę PN-HD 60364-4-41:2017-09:

- zmiana jednego czasu w tablicy 41.1,

- czasy podane w tablicy 41.1 normy odnoszą się do obwodów odbiorczych:

a) gniazd wtyczkowych o prądzie znamionowym nieprzekraczającym 63 A,

b) z odbiornikami zainstalowanym na stałe o prądzie znamionowym nieprzekraczającym 32 A.

Samoczynne wyłączanie zasilania – aktualne wymagania

10

(11)

PN-HD 60364-4-41:2009

W normie PN-HD 60364-4-41:2017-09 zmieniono treść punktu 411.3.2.5.

Jeżeli samoczynne wyłączenie zasilania przez zabezpieczenia nadprądowe nie jest możliwe, a instalowanie wyłączników różnicowoprądowych nie wchodzi w rachubę (np. z powodu

dużych prądów upływowych lub wymagań co do niezawodności zasilania), to należy zastosować rozwiązania podane w załączniku D normy.

Norma PN-HD 60364-5-53:2016-02 Układ TN:

Jeżeli samoczynne wyłączenie zasilania z wykorzystaniem zabezpieczenia nadprądowego nie następuje w wymaganym czasie (czas określony w tabeli arkusza 41), to należy zastosować

Samoczynne wyłączanie zasilania – aktualne wymagania

(12)

Sprawdzanie skuteczności samoczynnego wyłączania zasilania według normy PN-HD 60364-6:2016-07

12

(13)

Zgodnie z Ustawą Prawo budowlane kontrola instalacji elektrycznych, w zależności od narażeń środowiskowych, powinna być przeprowadzana:

• nie rzadziej niż co 5 lat,

• nie rzadziej niż co 1 rok,

• w szczególnych przypadkach dwa razy w roku.

Stanowi o tym zapis art. 62.1 Prawa budowlanego: „Obiekty budowlane powinny być w czasie ich użytkowania poddawane przez właściciela lub zarządcę kontroli:

1) okresowej, co najmniej raz w roku, polegającej na sprawdzeniu stanu technicznego:

• elementów budynku, budowli i instalacji narażonych na szkodliwe wpływy atmosferyczne i niszczące działania czynników występujących podczas użytkowania obiektu, (…)

2) okresowej kontroli, co najmniej raz na 5 lat, polegającej na sprawdzeniu stanu technicznego i przydatności do użytkowania obiektu budowlanego, estetyki obiektu budowlanego oraz jego otoczenia; kontrolą tą powinno być objęte również badanie instalacji elektrycznej i piorunochronnej w zakresie stanu sprawności połączeń, osprzętu, zabezpieczeń i środków ochrony od porażeń, oporności izolacji przewodów oraz uziemień instalacji i aparatów,

3) okresowej w zakresie, o którym mowa w pkt 1, co najmniej dwa razy w roku, w terminach do 31 maja oraz do 30 listopada, w przypadku budynków o powierzchni zabudowy przekraczającej 2000 m² oraz innych obiektów budowlanych o powierzchni dachu

Samoczynne wyłączanie zasilania – sprawdzanie

(14)

W ramach prób i pomiarów należy:

• sprawdzić ciągłość przewodów,

• zmierzyć rezystancję izolacji instalacji elektrycznej,

• sprawdzić ochronę za pomocą SELV, PELV lub separacji elektrycznej,

• zmierzyć rezystancję/impedancję podłóg i ścian,

• sprawdzić biegunowość,

• sprawdzić samoczynne wyłączanie zasilania,

• sprawdzić ochronę uzupełniającą,

• sprawdzić kolejność faz,

• wykonać próby funkcjonalne i operacyjne,

• sprawdzić spadek napięcia.

Powyższe czynności zaleca się wykonać w podanej kolejności, a jeżeli wynik którejkolwiek próby jest niezadowalający, to próbę tę i próbę poprzedzającą (jeżeli wykryte uszkodzenie może mieć wpływ na jej wynik) należy powtórzyć po usunięciu uszkodzenia.

Samoczynne wyłączanie zasilania – sprawdzanie

14

(15)

Próba ciągłości przewodów powinna być wykonana w odniesieniu do:

przewodów czynnych – jeżeli obwód odbiorczy jest pierścieniowy,

przewodów ochronnych – przy kontroli połączeń wyrównawczych głównych i miejscowych, a także wtedy, gdy rezygnuje się z pomiaru impedancji pętli zwarciowej lub pomiaru rezystancji uziemienia, co norma dopuszcza.

W ramach tej próby należy zmierzyć rezystancję przewodów. Jej typowe wartości jednostkowe podano w załączniku A (informacyjnym) normy

PN-HD 60364-6:2016-07

. W porównaniu z poprzednią wersją (2008), w aktualnej normie pojawiło się nowe wymaganie – należy sprawdzić ciągłość połączenia przewodów z częściami przewodzącymi dostępnymi.

Samoczynne wyłączanie zasilania – sprawdzanie

(16)

Układ sieci

Warunek

skuteczności Urządzenie

wyłączające Uwagi

TN

a o

sTN I

Z  U nadprądowe lub

różnicowoprądowe

TT ^a

o

sTT I

Z U nadprądowe

a L

A I

R  U różnicowoprądowe

IT

bez przewodu N

a o

sIT 2

3 I Z U



 

nadprądowe przy dwumiejscowym zwarciu z ziemią

IT

z przewodem N

a o

sIT 2 I

Z^' U

 

Ia – prąd wyłączający zabezpieczenia, A,

Uo – napięcie nominalne sieci względem ziemi (w układzie IT napięcie między fazą i punktem neutralnym), V, RA – rezystancja uziemienia przewodu ochronnego,,

ZsTN – impedancja pętli zwarciowej w układzie TN obejmująca przewód skrajny i przewód ochronny, ,

ZsTT – impedancja (rezystancja) pętli zwarciowej w układzie TT obejmująca uziemienie przewodu ochronnego odbiornika (odbiorników) i uziemienie w stacji zasilającej, ,

ZsIT – impedancja pętli zwarciowej od źródła zasilania do rozpatrywanego odbiornika obejmująca przewód skrajny i przewód ochronny, ,

Z^’sIT – impedancja pętli zwarciowej od źródła zasilania do rozpatrywanego odbiornika obejmująca przewód neutralny i przewód ochronny, 

Samoczynne wyłączanie zasilania – sprawdzanie

16

(17)

Samoczynne wyłączanie zasilania – sprawdzanie

Układ IT

1) Badana instalacja jest zasilana z własnego transformatora – należy uziemić jeden przewód liniowy (fazowy) na początku instalacji, a następnie zmierzyć impedancję pętli na końcu badanego obwodu, przyłączając miernik do innego przewodu liniowego i ziemi (przewodu PE). Ochrona jest skuteczna, jeżeli zmierzona impedancja ma wartość nie większą niż 50%

wartości dopuszczalnej impedancji pętli obliczonej na podstawie zależności z tab.

2) Badana instalacja jest zasilana z sieci publicznej – należy sprawdzić ciągłość przewodów ochronnych, a następnie zmierzyć impedancję pętli, przyłączając miernik do dwóch przewodów liniowych (fazowych) na końcu badanego obwodu. Ochrona jest skuteczna, jeżeli zmierzona impedancja ma wartość nie większą niż 50% wartości dopuszczalnej impedancji pętli obliczonej na podstawie zależności z tab.

W przeciwnym razie należy wykonać dokładniejsze pomiary.

Wprowadzona zmiana jest szczególnie istotna w tym drugim przypadku. Nie ma konieczności wykonywania na czas pomiarów połączenia między punktem neutralnym sieci a przewodem ochronnym, jak to wskazano w normie PN-HD 60364-6:2008. Wykonanie takiego połączenia może być kłopotliwe, a ponadto przekształca układ IT w układ quasi-TN. W takim układzie, w zależności od grupy połączeń transformatora, pomiar impedancji pętli zwarciowej może być obarczony nadmiernym błędem.

(18)

Samoczynne wyłączanie zasilania – sprawdzanie

18

Układ IT

^a)

b) c) ^{L1 L2 L3}

PE R_A UKSI

MIP

L1 L2 L3

PE R_A UKSI

MIP

L1 L2 L3

PE R_A UKSI

MIP

(19)

Samoczynne wyłączanie zasilania – sprawdzanie Uziemiony przewód liniowy (fazowy) ?

Układ TN-S wg PN-HD 60364-1:2010

Uziemiony przewód liniowy (fazowy) i przewód ochronny

Uziemiony przewód neutralny i przewód ochronny

(20)

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej w obwodzie z RCD

L2

L1 L3 N

PE

T

RT

I_s

I_ = I

M

TR

Es

RCD

Miernik impedancji pętli

Ł

U₁ U₂ I_M

Z₀⁼ R₀^+jX₀

A

V WR

Pomiar impedancji pętli zwarciowej w obwodzie chronionym wyłącznikiem różnicowoprądowym (RCD)

20

(21)

i

_M

(t) u

_f

(t)

Przebieg prądu pomiarowego i_M(t) miernika MZC-2;

skala: czas 20 ms/dz, napięcie 100 V/dz, prąd 20 A/dz, u_f(t) – napięcie fazowe

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(22)

i

_M

(t) u

_f

(t)

Przebieg prądu pomiarowego i_M(t) miernika MIE-500 (miernik wielofunkcyjny);

skala: czas 20 ms/dz, napięcie 100 V/dz, prąd 20 A/dz, u_f(t) – napięcie fazowe

22

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(23)

i_M(t) u_f(t)

i_M(t) u_f(t) a)

b)

Przebieg prądu pomiarowego i_M(t) miernika MRP-200 (miernik

zabezpieczeń różnicowoprądowych z funkcją orientacyjnego pomiaru rezystancji pętli zwarciowej); skala:

a) czas 100 ms/dz, napięcie 100 V/dz, prąd 0,5 A/dz,

b) czas 20 ms/dz, napięcie 100 V/dz, prąd 0,5 A/dz,

u_f(t) – napięcie fazowe

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(24)

i

_M

(t) u

_f

(t)

Przebieg prądu pomiarowego i_M(t) miernika MZC-303E;

skala: czas 20 ms/dz, napięcie 100 V/dz, prąd 20 A/dz

24

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(25)

Przebieg prądu pomiarowego (bez funkcji RCD) miernika MPI-520;

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(26)

Przebieg prądu pomiarowego (uruchomiona funkcja RCD) miernika MPI-520;

skala: prąd I_PE 25 mA/dz, czas: a) 1 s/dz, b) 200 ms/dz

a) b)

26

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(27)

Przebieg prądu pomiarowego (bez funkcji RCD) miernika KYORITSU KEW 4140;

skala: czas 100 ms/dz, prąd 5 A/dz

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(28)

Przebieg prądu pomiarowego (uruchomiona funkcja RCD) miernika KYORITSU KEW 4140;

skala: czas 1 s/dz, prąd I_PE 10 mA/dz

28

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(29)

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej w obwodzie z RCD

i_s i_p

i_p

t

i_s

t

i_s i_p

i_s

t t

?

i_p

(30)

30

AC

 prąd przemienny sinusoidalny (na ogół 50/60 Hz)

A  prąd przemienny sinusoidalny (na ogół 50/60 Hz),

 prąd pulsujący stały,

 prąd pulsujący stały ze składową wygładzoną 6 mA, z ew. sterowaniem fazowym i niezależnie od biegunowości.

F

lub

 jak dla wyłącznika A,

 prąd pulsujący stały ze składową wygładzoną 10 mA,

– prąd przemienny zawierający harmoniczne (zasilanie jednofazowe).

B

lub

 prąd przemienny sinusoidalny (na ogół 50/60 Hz),

 prąd przemienny sinusoidalny ze składową wygładzoną o wartości większej spośród dwóch: 0,4In i 10 mA,

 prąd pulsujący stały ze składową wygładzoną o wartości większej spośród dwóch: 0,4In i 10 mA,

 prąd stały z układów prostowniczych, tj.:

- z prostownika dwupulsowego zasilanego napięciem międzyprzewodowym w przypadku wyłączników 2-, 3- i 4-biegunowych,

- z prostownika trójpulsowego (układ gwiazdy) albo z prostownika sześcio- pulsowego w przypadku wyłączników 3- i 4-biegunowych,

 prąd stały wygładzony,

z ew. sterowaniem fazowym i niezależnie od biegunowości.

 prąd przemienny sinusoidalny o częstotliwości nieprzekraczającej 1000 Hz,

 prąd przemiennym zawierającym harmoniczne.

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(31)

30 mA [ms]t

I [mA]

100

15 30 60 150

50 150 200 250 300 350 400 450 500

40 bezzwłoczny

(I_n) (2I_n) (5I_n)

G 30 mA

[ms]t

I_ [mA]

100

15 30 60 150

50 150 200 250 300 350 400 450 500

40

10 krótkozwłoczny

(I_n) (2I_n) (5I_n)

S 300 mA [ms]t

I [mA]

100

150 300 600 1500

50 150 200 250 300 350 400 450 500

60

zwłoczny

(I_n) (2I_n) (5I_n) 40

a) b) c)

Charakterystyki czasowo-prądowe wyłączników różnicowoprądowych:

a) bezzwłocznego o I_n = 30 mA, b) krótkozwłocznego o I_n = 30 mA,

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(32)

0 1

1 2 3

MZC-2

biegunowość

"+"

1 2 3

MIE-500

biegunowość

"+"

1 2 3

MZC-303E

1 2 3

MRP-200

1 2 3

MZC-2

biegunowość

"-"

1 2 3

MIE-500

biegunowość

"-"

RCD1: 30 mA, typu A, bezzwłoczny

0 1

1 2 3

MZC-2

biegunowość

"+"

1 2 3

MIE-500

biegunowość

"+"

1 2 3

MZC-303E

1 2 3

MRP-200

1 2 3

MZC-2

biegunowość

"-"

1 2 3

MIE-500

biegunowość

"-"

RCD2: 30 mA, typu AC, bezzwłoczny

32

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(33)

H

B B

H B_r

B_r

H B

B_r B_s

B_s

B_s B

B

Charakterystyczne kształty pętli histerezy; a) pętla prostokątna, b) pętla zaokrąglona,

c) pętla płaska: B_s – indukcja magnetyczna nasycenia, B_r – indukcja magnetyczna szczątkowa,

B – przybliżone zmiany indukcji magnetycznej przy przepływie prądu półfalowego

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(34)

Napięcie indukowane przy wymuszeniu półfalowym Pętla histerezy:

prostokątna płaska

1 A

1 V

10 ms i_(t)

e_s(t)

0,5 A

10 V

10 ms i (t)

e_s(t)



34

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(35)

0 1

1 2 3

MZC-2

biegunowość

"+"

1 2 3

MIE-500

biegunowość

"+"

1 2 3

MZC-303E

1 2 3

MRP-200

1 2 3

MZC-2

biegunowość

"-"

1 2 3

MIE-500

biegunowość

"-"

0 1

1 2 3

MZC-2

biegunowość

"+"

1 2 3

MIE-500

biegunowość

"+"

1 2 3

MZC-303E

1 2 3

MRP-200

1 2 3

MZC-2

biegunowość

"-"

1 2 3

MIE-500

biegunowość

"-"

RCD3: 30 mA, typu AC, krótkozwłoczny

RCD4: 30 mA, typu A, krótkozwłoczny

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

w obwodzie z RCD

(36)

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

Uwzględnienie zwiększenia się rezystancji przewodów pod wpływem wzrostu temperatury Załącznik D - informacyjny !

Zapis PN-HD 60364-6:2008 (analogiczny w wersji 2016-07)

36

(37)

Nie ma praktycznego znaczenia w przypadku zastosowania wyłączników różnicowoprądowych jako urządzeń wyłączających.

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

Przy przepływie dużego prądu zwarciowego i założeniu nagrzewania adiabatycznego, przewody osiągają następujący przyrost temperatury:

1 ) (

)

(

2

2 dd

dz

   



s k

t

 I





dla kabli YAKY: 

_dz

= 160 ºC, 

_dd

= 70 ºC, k = 76 A/mm

²

dla przewodów YDY (YLY): 

_dz

= 160 ºC, 

_dd

= 70 ºC, k = 115 A/mm

²

B16

gG20 YAKY 4x120

YLY 5x25

YDY 3x2,5

I_k

(38)

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

38

(39)

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar impedancji pętli zwarciowej

Przewód/kabel

Przyrost temperatury [K]

Zabezpieczenie B16

Przyrost temperatury [K]

Zabezpieczenie gG20 (I²t = 2500 A²s)

I_k = 1 kA I_k = 2 kA I_k = 1 kA I_k = 2 kA

YDY 3x2,5 3,5 6,8 2,7 2,7

YLY 5x25

0,035 0,068 0,027 0,027

YAKY 4x120

0,0035 0,0068 0,0027 0,0027

(40)

L1 L2 L3 N PEN PE

R_x R_

E

C-MU

R_B R₁ R₂ R₃

U I

I_M I_M

I_M

Pomiar rezystancji pętli metodą cęgową:

I_M– prąd pomiarowy,

R_B – uziom w stacji zasilającej, R_x – uziom badany,

R₁, R₂, R₃– dodatkowe uziomy przyłączone do głównej szyny wyrównawczej,

C-MU – cęgowy miernik uziemień

Metoda nie wymaga stosowania sondy prądowej ani sondy napięciowej. Miernik jest wyposażony w cęgowy transformator napięciowy, który indukuje napięcie w pętli obejmującej uziom badany R_x oraz pozostałe równolegle połączone uziomy o wypadkowej rezystancji uziemienia R_. Drugi przetwornik cęgowy jest przekładnikiem prądowym indukcyjnym, który mierzy prąd o częstotliwości pomiarowej (innej niż częstotliwość sieci). W układzie tym mierzy się sumę rezystancji R_x + R_, zatem uzyskuje się wartość większą niż poszukiwana (błąd w kierunku bezpiecznym). Jeżeli wartość zmierzona nie przekracza dopuszczalnej, to nie ma konieczności wykonywania dokładniejszych pomiarów.

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar rezystancji uziemienia

40

(41)

Zamiast zwykłego pomiaru rezystancji uziemienia można wykonać pomiar impedancji pętli zwarciowej. W tym przypadku też nie stosuje się sondy prądowej ani sondy napięciowej (rys.) Mierzy się sumę rezystancji R_B + R_x. Jeżeli wartość zmierzona nie przekracza dopuszczalnej, to pomiar można uznać za miarodajny.

L1 L2 L3 N PE I_M

I_M

R_B R_x

MIP I_M

Samoczynne wyłączanie zasilania – pomiar rezystancji uziemienia

(42)

Należy sprawdzić, czy obwody gniazd wtyczkowych ogólnego przeznaczenia o prądzie znamionowym nieprzekraczającym 20 A, które są użytkowane przez laików (np. pracownicy biurowi) oraz obwody urządzeń przenośnych o znamionowym prądzie nieprzekraczającym 32 A użytkowane na zewnątrz pomieszczeń są chronione za pomocą wyłączników różnicowoprądowych wysokoczułych (I

_n

 30 mA).

Dodatkowe wymagania w arkuszach serii 700 !

Pomiar czasu zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego jest wymagany tylko następujących sytuacjach:

• w nowej instalacji zastosowano wyłączniki różnicowoprądowe z odzysku,

• wcześniej zainstalowane wyłączniki różnicowoprądowe mają chronić obwody, które właśnie rozbudowano lub przebudowano.

Pomiary te przeprowadza się tylko przy sprawdzaniu odbiorczym, nie są wymagane przy sprawdzaniu okresowym.

Uwaga!

Zmiany wprowadzone przez PN-HD 60364-4-41:2017-09

Wyłączniki różnicowoprądowe o I

_n

 30 mA wymagane w obwodach:

- gniazd wtyczkowych ogólnego przeznaczenia o prądzie znamionowym nieprzekraczającym 32 A (było 20 A), które są użytkowane przez laików, - obwodach oświetleniowych gospodarstw domowych.

Wyłączniki różnicowoprądowe (RCD) – wymagania dodatkowe

42

(43)

Samoczynne wyłączanie zasilania w obwodach

z wybranymi przekształtnikami (układy napędowe, zasilacze UPS)

(44)

44

Obwód silnika zasilanego z przemiennika częstotliwości

prostownik falownik

PE L1 L2

L3 obwód M

pośredniczący

?

Przy zwarciu doziemnym w obwodzie wyjściowym falownika, w obwodzie zasilającym płynie prąd symetryczny, nie można więc liczyć na

zadziałanie bezpiecznika

Bezpiecznik jako urządzenie samoczynnie wyłączające zasilanie

(45)

Obwód silnika zasilanego z przemiennika częstotliwości

Ochrona przeciwporażeniowa przez samoczynne wyłączanie zasilania powinna być realizowana na tych samych zasadach, co w obwodach bez przekształtników, i jest skuteczna, jeżeli po wystąpieniu zwarcia L-PE:

 następuje wyłączenie zasilania w wymaganym czasie lub

 nie są przekroczone napięcia dotykowe dopuszczalne długotrwale.

Można ewentualnie liczyć na zabezpieczenia wewnątrz przekształtnika, ale...

Zabezpieczenia te są umieszczone po to, aby chronić przed skutkami cieplnymi

i elektrodynamicznymi elementy przekształtnika, a nie dla celów ochrony

przeciwporażeniowej. W razie zwarcia przez niewielką rezystancję następuje

blokowanie zaworów, co skutkuje wyłączeniem napięcia wyjściowego

przekształtnika. Jednakże w odniesieniu do ochrony przy uszkodzeniu stan

blokowania zaworów przekształtnika nie jest uważany za samoczynne wyłączanie

zasilania w rozumieniu normy, bo nie tworzy galwanicznej przerwy w obwodzie.

(46)

46

Obwód silnika zasilanego z przemiennika częstotliwości

Pozostaje zapewnienie odpowiednio małego napięcia dotykowego. Przy doziemieniu spadek napięcia na przewodzie ochronnym pomiędzy przekształtnikiem a miejscem gdzie są wykonane połączenia wyrównawcze nie powinien przekraczać napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale:

L a

PE I U R  

gdzie:

U

L

– napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale, I

a

– prąd wyłączający zabezpieczenia nadprądowego,

R

PE

– rezystancja przewodu ochronnego pomiędzy przekształtnikiem a połączeniami

wyrównawczymi.

(47)

Obwód silnika zasilanego z przemiennika częstotliwości

(48)

48

Obwód silnika zasilanego z przemiennika częstotliwości

Prąd różnicowy (ziemnozwarciowy) w obwodzie wyjściowym przemiennika.

Częstotliwość PWM 3 kHz

Częstotliwość podstawowa odniesienia (użytkowa) 50 Hz

i_E(t)

0,1 A

10 ms 0,5 A

2,5 5 10 15

0 7,5 12,5 17,5 20 22,5 25

[kHz]

3 kHz

10 ms

i_E(t) i_E(t) ^{10 ms}

0,5 A

0 0,5

[kHz]

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

150 Hz

3 kHz 0,1 A

50 Hz

i_E(t) ^{10 ms}

0,5 A

50 0

[Hz]

100 150 200 250 300 350 400 450 500 150 Hz

0,1 A

50 Hz

(49)

Obwód silnika zasilanego z przemiennika częstotliwości

Zmiana udziału poszczególnych składowych prądu ziemnozwarciowego przy zwarciu w obwodzie wyjściowym przemiennika dla różnych częstotliwości podstawowych/użytkowych (od 1 Hz do 50 Hz). Częstotliwość PWM 3 kHz

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

0 10 20 30 40 50

f [Hz]

I [A]

I

_RMS

I

_PWM

I

_M

I

₁₅₀

(50)

50

Obwód silnika zasilanego z przemiennika częstotliwości

a)

0 30 60 90 120 150 180

sin50Hz 50Hz+PWM 25Hz+PWM 1Hz+PWM

Przebieg prądu

I [mA]

RCD7 RCD6 RCD8 RCD9 RCD10

RCD8 RCD9 RCD10

nie wyzwa-

lają nawet

przy 5 A

b)

0 3060 90 120150 180210 240 270300 330

sin50Hz 50Hz+PWM 25Hz+PWM 1Hz+PWM

Przebieg prądu

I [mA]

RCD19 RCD12 RCD18 RCD15 RCD17

RCD18 RCD15 RCD17

nie wyzwa-

lają nawet

przy 5 A

Prąd zadziałania wybranych wyłączników różnicowoprądowych przy prądach różnicowych zawierających wiele wyższych harmonicznych. Wyłączniki: a) 30 mA typu AC, b) 30 mA typu A

0 200 400 600 800 1000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 f [Hz]

I [mA]

RCD15 RCD8

RCD19 RCD7 RCD12

RCD6

50

Charakterystyka prądu zadziałania wyłączników różnicowoprądowych w funkcjiczęstotliwości.

Wyłączniki 30 mA

typu AC: RCD6, RCD7, RCD8 typu A: RCD12, RCD15, RCD19

(51)

Obwód silnika zasilanego z przemiennika częstotliwości

(52)

52

Obwód silnika zasilanego z przemiennika częstotliwości

Na podstawie katalogu

(53)

Zasilacze bezprzerwowe (UPS)

stan pracy „On Inverter”

prostownik przekształtnik DC/DC

przekształtnik DC/AC

łącznik

energoelektroniczny

"static switch"

układ ładowania baterii akum.

bateria akumulatorów

łącznik obejściowy ręczny

"manual bypass"

sieć zasilająca

instalacja odbiorcza

VFI SS 111

(54)

Zasilacze bezprzerwowe (UPS)

54

stan pracy „On Battery”

łącznik

energoelektroniczny

"static switch"

"manual bypass"

sieć zasilająca

instalacja odbiorcza

(55)

Zasilacze bezprzerwowe (UPS)

stan pracy „On Bypass – Static Switch”

łącznik

energoelektroniczny

"static switch"

"manual bypass"

instalacja odbiorcza sieć

zasilająca

(56)

Zasilacze bezprzerwowe (UPS)

stan pracy „On Manual Bypass”

łącznik

energoelektroniczny

"static switch"

"manual bypass"

instalacja odbiorcza sieć

zasilająca

56

(57)

Zasilacze bezprzerwowe (UPS)

UPS

0,4 s 5 s

(58)

Zasilacze bezprzerwowe (UPS)

Przykładowa zależność „obciążenie – największy dopuszczalny czas pracy”

UPS 30 kVA 3f/3f

2 s

30 s

60 s

t I

I_n

350%

150%

125%

102%

70 ms

>350%

bez ograniczenia czasu

58

(59)

Zasilacze bezprzerwowe (UPS)

(60)

Zasilacze bezprzerwowe (UPS) a pomiary impedancji pętli zwarciowej

Pomiar impedancji pętli zwarciowej – przykładowe wyniki pomiarów

UPS

Cu 1,5 mm² 50 m R_po = 1,21 

(2x50 m) 30 kVA

Cu 6 mm² 6 m R_pr = 0,036 

(2x6 m)

Zmierzona impedancja pętli zwarciowej

Z_s = 1,60  "On Inverter"

Z_s = 1,70  "On Battery"

Z_s = 1,66  "On Bypass - Static Switch"

Z_s = 1,59  "On Manual Bypass"

Z_tr= 0,35  (równoważny transformator 30 kVA)

Z_s 1,6 

60

(61)

2 s

30 s

60 s

I [A]

150

64,5 54 44

70 ms

>150

bez ograniczenia czasu

Zasilacze bezprzerwowe (UPS) a pomiary impedancji pętli zwarciowej

UPS

10^-2 10^-1

10^-3 1 10 10² 10³ 10⁴ t [s]

B C D

Źródło: materiały firmy ETI

135 A

(62)

Wpływ stanu pracy UPS oraz pracujących odbiorników w instalacji na dokładność pomiaru impedancji pętli zwarciowej

62

miejsce pomiaru

UPS 5 kVA UPS 30 kVA

bez obciążenia

z

obciążeniem 80%

bez obciążenia

z

obciążeniem 70%

blisko UPS 0,56  0,48  0,38  0,29 

na końcu długiego obwodu odbiorczego

1,85  1,72  1,60  1,55 

Przykładowe wyniki pomiarów – stan pracy „On Inverter”

Zasilacze bezprzerwowe (UPS) a pomiary impedancji pętli zwarciowej

(63)

Wpływ stanu pracy UPS oraz pracujących odbiorników w instalacji na dokładność pomiaru impedancji pętli zwarciowej

miejsce pomiaru

UPS 5 kVA UPS 30 kVA

bez obciążenia

z

obciążeniem 80%

bez obciążenia

z

obciążeniem 70%

blisko UPS 0,59  0,48  0,39  0,27 

na końcu długiego obwodu odbiorczego

1,91  1,75  1,70  1,56 

Przykładowe wyniki pomiarów – stan pracy „On Battery”

Zasilacze bezprzerwowe (UPS) a pomiary impedancji pętli zwarciowej

(64)

64

sieć

rozdzielcza miernik

Z_s

Z₀

L

PE

U₁ U₂ E

I_M

Ł źródło

Z_T

Z_s Z_T Z = + + impedancja pętli

Z_i

instalacja

Z_i

a)

b)

bez pracujących odbiorników







 

 

 1

2 0 1

2 2 0 1

U Z U U

U Z U

Z

Zasilacze bezprzerwowe (UPS) a pomiary impedancji pętli zwarciowej

sieć

rozdzielcza miernik

Z_s

Z₀

L

PE

U₁ U₂ E

I_M

Ł źródło

Z_T Z_i

instalacja

Z_odb

odbiornik

I_M I_Z

I_odb

Z_s Z_T Z = + +

impedancja pętli Z_i

z pracującymi odbiornikami

 ?

Z

(65)

Rys. Błędy pomiaru impedancji pętli Zmo = f() w sieci z pracującym odbiornikiem: Z = 1 , Z_odb = 5 , Z0 = 20 0 = 0

Zasilacze bezprzerwowe (UPS) a pomiary impedancji pętli zwarciowej



[^o]

0 15 30 45 60 75 90

-100 -75 -50 -25

Z_mo0

[%]



_odb_{= 0}^o



= 30^o



_{= 60}^o

odb

(66)

Zasilacze bezprzerwowe (UPS)

PE L1 L2 L3

AC

DC AC

DC

N

UPS

PE L1 L2 L3 N

UPS z transformatorem

66

(67)

Zasilacze bezprzerwowe (UPS)

UPS z transformatorem

PE L1

L2 L3

AC

DC AC

DC

N

UPS

PE L1 L2 L3 N